CN110007694A - 一种连续差重式流量可调型灌溉水量计量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续差重式流量可调型灌溉水量计量装置，其特征在于，包括过水箱（3）、用于计算动态过水量的水量计量装置和用于控制灌溉水量的水量控制装置，过水箱（3）内部中空，过水箱（3）安装在护坡（1）上，过水箱（3）右侧壁上开设出水口（19），过水箱（3）左侧壁上开设进水口（20），水量计量装置和水量控制装置均安装在过水箱（3）上。采用动态平衡式滑动挂箱进行过水截面控制，并通过对杠杆位移量的连续测量统计总过水量，具有结构简单、计量精确、流量可调的优点，可用于实现对灌溉水量的精确计量，有利于实现水资源的利用效率及灌溉水量智能化控制。

Description

一种连续差重式流量可调型灌溉水量计量装置

技术领域

本发明涉及一种连续差重式流量可调型灌溉水量计量装置，属于农田水利技术领域。

背景技术

水资源是人们日益关注的重大问题，农业用水是水资源消耗大户，水是农业的命脉，农业用水占全国总用水量的近70%，其中的90%用于农田灌溉，灌区在提高土地生产力、提高人们生活水平和发展区域经济中具有重要作用。随着我国农田灌溉需求的增加与灌区面积的不断扩大，制定严格且全面的灌区管理措施已成为当务之急。近年来各地农业节水工程建设取得了一定成效。然而目前农业灌溉还是普遍采用粗放低效的利用形式，这在一定程度上加剧了水资源短缺程度。同时，随着我国社会经济的快速发展，灌区灌溉中存在的问题也越来越突出，如灌区工程老化导致输配水功能衰竭，我国北方水资源较少但浪费水的现象严重、用水效率和生产率较低等等。目前，灌区内各个用水户及用水机构间的矛盾严重，日益短缺的水资源已成为影响灌区进一步发展的重要问题。因此大力配置合理且高效的量水设施，实行有效节水、定额供水和按量收费已成为迫切任务。

灌区量水是实现合理计划用水、正确分配水资源、高效灌溉的重要手段，也是实行计量收费的重要保证。农业灌溉用水的计量是成本核订和计收水费的主要依据，但我国田间灌溉很少设置水量计量装置，一些已有的灌溉工程老化失修也造成了计量设施的损坏，灌溉结束后往往根据户数平摊水费；实践证明，建设农业用水计量设施、对农业用水进行计量收费与控制是农业可持续发展的有效措施和节水型社会建设的重要一环。因此，只有解决田间灌溉用水的计量问题，才能促使用水者节约用水，进而为灌溉用水定额管理、累进加价创造条件。

灌溉水量的计量是一项基础而又关键的技术，传统巴歇尔量水槽、U型量水槽等水量测定装置只适合于干渠、沟渠等大水量的测定，用来实现地表水灌区明渠输水的测量，但是这类装置计量精度普遍不高。而一些大型精密流量设备，如超声波流量计、红外线流量计等虽然具有较高的测量精度，但是它们投资成本较高、安装复杂且维护成本较高，会增加农民的负担。针对目前我国农业农田灌溉特点及精准灌溉目标，因此，目前我国灌区亟需一种适用于末级渠道的农田灌溉用水计量和节水控制装置，在精确计量灌溉用水的同时能节约成本、便于维护，做到灌区水量的节约和灌溉效率的提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种连续差重式流量可调型灌溉水量计量装置，采用动态平衡式滑动挂箱进行过水截面控制，并通过对杠杆位移量的连续测量统计总过水量，具有结构简单、计量精确、流量可调的优点，可用于实现对灌溉水量的精确计量，有利于实现水资源的利用效率及灌溉水量智能化控制。

为达到上述目的，本发明提供一种连续差重式流量可调型灌溉水量计量装置，包括过水箱、用于计算动态过水量的水量计量装置和用于控制灌溉水量的水量控制装置，过水箱内部中空，过水箱安装在护坡上，过水箱右侧壁上开设出水口，过水箱左侧壁上开设进水口，水量计量装置和水量控制装置均安装在过水箱上。

优先地，水量控制装置包括配重块、铰链、支架、杠杆、尼龙绳、限位块和滑动挂箱，支架下端固定设置在过水箱上表面，杠杆中端通过铰链转动连接支架上端，配重块固定在杠杆的左端，杠杆的右端固定连接尼龙绳上端，尼龙绳下端固定连接滑动挂箱，滑动挂箱滑动连接过水箱右侧壁，限位块固定设置在过水箱右侧壁上，限位块位于滑动挂箱上方；过水箱上端开设箱体透气孔，

滑动挂箱为内部中空的箱体，滑动挂箱左侧壁上开设配合出水口的挂箱进水口，滑动挂箱与过水箱紧密贴合，滑动挂箱底壁上开设多个漏水孔，挂箱进水口高度与过水箱出水口高度相同。

优先地，水量计量装置包括位移传感器和角码，位移传感器通过角码固定设置在过水箱上表面，位移传感器位于杠杆左侧下方，初始状态下当滑动挂箱内部没水时位移传感器顶端与杠杆下表面接触；

还包括控制箱、单片机、蓄电池和数字变送器，控制箱固定在过水箱上表面，单片机、蓄电池和数字变送器均位于控制箱中，数字变送器的输出端电连接单片机，数字变送器的输入端电连接位移传感器的输出端，蓄电池电连接移传感器和单片机。

优先地，包括若干个导轨和若干个与导轨相互配合的导条，若干个导轨固定设置在过水箱右侧壁上，若干个导条固定设置在滑动挂箱上，滑动挂箱通过导条滑动连接导轨。

优先地，包括若干个隔水板，若干个隔水板从左向右等间距交错固定连接过水箱的内底壁和内顶壁，隔水板的宽度与过水箱内宽相同，隔水板高度均为过水箱内高的/。

优先地，包括太阳能板和太阳能控制器，太阳能板铺设在过水箱上表面上，太阳能板通过太阳能控制器电连接蓄电池。

优先地，导轨为长条形，导轨长度与过水箱高度相同，导轨单侧开设有长方形凹槽，两个导轨对称地固定于滑动挂箱前后两侧；

导条的宽度和深度分别与长方形凹槽的宽度和深度相同，滑动挂箱前后两侧的导条分别滑动嵌合于两侧导轨中，滑动挂箱可在过水箱外侧沿导轨上下滑动。

优先地，限位块为L形角铁，当滑动挂箱顶部被限位块阻挡时，滑动挂箱的挂箱进水口与过水箱的出水口处于正对位置。

优先地，过水箱内部中空的长方体。

本发明所达到的有益效果：

1) 本发明采用连续式水量计量方法，通过控制外挂水箱连续过水时的动态重量及实施过水面积以达到水量计量的目的，计量精度高于普通连续式水量计量装置，采用动态平衡式滑动挂箱进行过水截面控制，并通过对杠杆位移量的连续测量统计总过水量，具有结构简单、计量精确、流量可调的优点，可用于实现对灌溉水量的精确计量，有利于实现水资源的利用效率及灌溉水量智能化控制。

2) 本发明通过滑动挂箱位置可动态变化，在使用过程中可使得流量自动保持稳定，即使在沟渠水位波动条件下也可使得流量维持在设定值附近，不易受外界水位变化的干扰，在同一沟渠中大量使用时不会造成沟渠上游和下游出现明显的水位波动，适应性强。

3) 通过调整配重块在杠杆上的位置，可以方便的调整滑动挂箱的动态过流面积，从而达到调整本装置流量的目的，水流量稳定性好。

4) 本发明配置有太阳能电池板和蓄电池，可满足全天候、24小时无人值守的水量计量要求。

5) 本发明结构简单，制造和维护成本低，具有较好的便携性，即适合于农田灌溉用水量的长期运行管理，也适用于临时水量计量控制，具有较好的适应性。

附图说明

附图1是本发明的半剖主视图；

附图2是图1的右视图；

附图3是过水箱出水侧的结构图；

附图4是过水箱进水侧的结构图；

附图5是滑动挂箱进水侧的结构图；

附图6是滑动挂箱底部的结构图。

图中的1是护坡、2是水面、3是过水箱、4是配重块、5是位移传感器、6是角码、7是控制箱、8是铰链、9是支架、10是杠杆、11是箱体透气孔、12是尼龙绳、13是导轨、14是限位块、15是滑动挂箱、16是农田、17是渠床、18是隔水板、19是出水口、20是进水口、21是挂箱进水口、22是导条、23是漏水孔、24是挂箱透气孔、25是太阳能电池板。

具体实施方式

以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种连续差重式流量可调型灌溉水量计量装置，包括过水箱3、用于计算动态过水量的水量计量装置和用于控制灌溉水量的水量控制装置，过水箱3内部中空，过水箱3安装在护坡1上，过水箱3右侧壁上开设出水口19，过水箱3左侧壁上开设进水口20，水量计量装置和水量控制装置均安装在过水箱3上。

进一步地，水量控制装置包括配重块4、铰链8、支架9、杠杆10、尼龙绳12、限位块14和滑动挂箱15，支架9下端固定设置在过水箱3上表面，杠杆10中端通过铰链8转动连接支架9上端，配重块4固定在杠杆10的左端，杠杆10的右端固定连接尼龙绳12上端，尼龙绳12下端固定连接滑动挂箱15，滑动挂箱15滑动连接过水箱3右侧壁，限位块14固定设置在过水箱3右侧壁上，限位块14位于滑动挂箱15上方；过水箱3上端开设箱体透气孔10，

滑动挂箱15为内部中空的箱体，滑动挂箱15左侧壁上开设配合出水口19的挂箱进水口21，滑动挂箱15与过水箱3紧密贴合，滑动挂箱15底壁上开设多个漏水孔23，挂箱进水口21高度与过水箱出水口19高度相同，漏水孔23的总过水面积小于挂箱进水口21的总进水面积。

进一步地，水量计量装置包括位移传感器5和角码6，位移传感器5通过角码6固定设置在过水箱3上表面，位移传感器5位于杠杆10左侧下方，初始状态下当滑动挂箱15内部没水时位移传感器5顶端与杠杆10下表面接触；

还包括控制箱7、单片机、蓄电池和数字变送器，控制箱7固定在过水箱3上表面，单片机、蓄电池和数字变送器均位于控制箱7中，数字变送器的输出端电连接单片机，数字变送器的输入端电连接位移传感器5的输出端，蓄电池电连接移传感器5和单片机，控制箱7为内部中空、一侧铰接一铁皮门的长方体形箱体。

进一步地，包括若干个导轨13和若干个与导轨13相互配合的导条22，若干个导轨13固定设置在过水箱3右侧壁上，若干个导条22固定设置在滑动挂箱15上，滑动挂箱15通过导条22滑动连接导轨13。

进一步地，包括若干个隔水板18，若干个隔水板18从左向右等间距交错固定连接过水箱3的内底壁和内顶壁，隔水板18的宽度与过水箱3内宽相同，隔水板18高度均为过水箱3内高的2/3，隔水板18为平面板材。

进一步地，包括太阳能板和太阳能控制器，太阳能板铺设在过水箱3上表面上，太阳能板通过太阳能控制器电连接蓄电池。

进一步地，导轨13为长条形，导轨13长度与过水箱3高度相同，导轨13单侧开设有长方形凹槽，两个导轨13对称地固定于滑动挂箱15前后两侧；

导条22的宽度和深度分别与长方形凹槽的宽度和深度相同，滑动挂箱15前后两侧的导条22分别滑动嵌合于两侧导轨13中，滑动挂箱15可在过水箱3外侧沿导轨13上下滑动。

进一步地，限位块14为L形角铁，当滑动挂箱15顶部被限位块14阻挡时，滑动挂箱15的挂箱进水口21与过水箱3的出水口19处于正对位置。

进一步地，过水箱3内部中空的长方体。

本装置中配重块4、铰链8、支架9、杠杆10、尼龙绳12、位移传感器5、角码6、单片机、蓄电池、数字变送器、太阳能板和太阳能控制器在现有技术中可采用的型号很多，本领域技术人员可根据实际需求选用。

铰链又称合页是用来连接两个固体并允许两者之间做相对转动的机械装置。所述数字变送器可将位移传感器5采集的杠杆10位置变动信号转换为数字信号并传递给单片机，单片机可将杠杆10的位置转换为瞬时过水量并进行累计。

本发明的工作原理：

初始状态，滑动挂箱15中没有水，在配重块4的作用下，滑动挂箱15顶部被限位块14顶住，滑动挂箱15的挂箱进水口21与过水箱3的出水口19正对，处于全开状态。沟渠中的水从过水箱的进水口20流入到过水箱3中，并在三块隔水板18的间隙中绕流通过使得水流平稳进入过水箱3中，箱体顶部的空气可通过箱体透气孔11排出，从而使得水流速度平稳，三块隔水板18还可以阻挡住渠床17底部的泥沙进入箱体。

水流流经过水箱3后从出水口19流出，并通过挂箱进水口21进入到滑动挂箱15中，滑动挂箱15上部空气通过挂箱透气孔24排出。由于滑动挂箱15底部的漏水孔23总面积小于挂箱进水口21的过流面积，因此进入到滑动挂箱15中的水一部分通过漏水孔23流出进入农田16进行灌溉，而另一部分水则滞留在滑动挂箱15中。装置在工作过程中，滑动挂箱15与配重块4通过杠杆10始终保持动态平衡状态，当滑动挂箱15内滞留水的重量增大时，滑动挂箱15沿导轨13缓慢下滑，并带动杠杆顺时针转动，滑动挂箱15的挂箱进水口21与过水箱3的出水口19的相对位置发生移动，使得过水箱3的实际出流面积减小，水流量减小，从而使得滑动挂箱15中的滞留水重量逐渐减小，在杠杆10的作用下滑动挂箱15缓慢上移，使得过水箱3的实际出流面积又逐渐增加，水流量增加。经过上述动态平衡过程后，滑动挂箱15最终可稳定在一个平衡位置上，从而获得稳定的流量。过水箱3顶部安装的位移传感器5可实时把杠杆10所处的平衡位置传送到控制箱7中的数字变送器中，数字变送器可将位移传感器5采集的杠杆10位置变动信号转换为数字信号并传递给单片机，单片机可将杠杆10的位置转换为瞬时过水量并进行累计。

通过调节配重块4的重量或调节配重块4与铰链8之间的相对位置可改变滑动挂箱15的动态平衡重量，从而改变过水箱3与滑动挂箱15之间的连通过水面积，可达到调节过水量的功能。本装置在白天可通过太阳能电池板25供电，并且给蓄电池充电，夜间可由蓄电池提供电能，从而实现全天候、24小时连续水量监测。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种连续差重式流量可调型灌溉水量计量装置，其特征在于，包括过水箱（3）、用于计算动态过水量的水量计量装置和用于控制灌溉水量的水量控制装置，过水箱（3）内部中空，过水箱（3）安装在护坡（1）上，过水箱（3）右侧壁上开设出水口（19），过水箱（3）左侧壁上开设进水口（20），水量计量装置和水量控制装置均安装在过水箱（3）上。

2.根据权利要求1所述的一种连续差重式流量可调型灌溉水量计量装置，其特征在于，

水量控制装置包括配重块（4）、铰链（8）、支架（9）、杠杆（10）、尼龙绳（12）、限位块（14）和滑动挂箱（15），支架（9）下端固定设置在过水箱（3）上表面，杠杆（10）中端通过铰链（8）转动连接支架（9）上端，配重块（4）固定在杠杆（10）的左端，杠杆（10）的右端固定连接尼龙绳（12）上端，尼龙绳（12）下端固定连接滑动挂箱（15），滑动挂箱（15）滑动连接过水箱（3）右侧壁，限位块（14）固定设置在过水箱（3）右侧壁上，限位块（14）位于滑动挂箱（15）上方；过水箱（3）上端开设箱体透气孔（10），

滑动挂箱（15）为内部中空的箱体，滑动挂箱（15）左侧壁上开设配合出水口（19）的挂箱进水口（21），滑动挂箱（15）与过水箱（3）紧密贴合，滑动挂箱（15）底壁上开设多个漏水孔（23），挂箱进水口（21）高度与过水箱出水口（19）高度相同。

3.根据权利要求2所述的一种连续差重式流量可调型灌溉水量计量装置，其特征在于，水量计量装置包括位移传感器（5）和角码（6），位移传感器（5）通过角码（6）固定设置在过水箱（3）上表面，位移传感器（5）位于杠杆（10）左侧下方，初始状态下当滑动挂箱（15）内部没水时位移传感器（5）顶端与杠杆（10）下表面接触；

还包括控制箱（7）、单片机、蓄电池和数字变送器，控制箱（7）固定在过水箱（3）上表面，单片机、蓄电池和数字变送器均位于控制箱（7）中，数字变送器的输出端电连接单片机，数字变送器的输入端电连接位移传感器（5）的输出端，蓄电池电连接移传感器（5）和单片机。

4.根据权利要求1所述的一种连续差重式流量可调型灌溉水量计量装置，其特征在于，包括若干个导轨（13）和若干个与导轨（13）相互配合的导条（22），若干个导轨（13）固定设置在过水箱（3）右侧壁上，若干个导条（22）固定设置在滑动挂箱（15）上，滑动挂箱（15）通过导条（22）滑动连接导轨（13）。

5.根据权利要求1所述的一种连续差重式流量可调型灌溉水量计量装置，其特征在于，

包括若干个隔水板（18），若干个隔水板（18）从左向右等间距交错固定连接过水箱（3）的内底壁和内顶壁，隔水板（18）的宽度与过水箱（3）内宽相同，隔水板（18）高度均为过水箱3内高的2/3。

6.根据权利要求3所述的一种连续差重式流量可调型灌溉水量计量装置，其特征在于，包括太阳能板和太阳能控制器，太阳能板铺设在过水箱（3）上表面上，太阳能板通过太阳能控制器电连接蓄电池。

7.根据权利要求4所述的一种连续差重式流量可调型灌溉水量计量装置，其特征在于，导轨（13）为长条形，导轨（13）长度与过水箱（3）高度相同，导轨（13）单侧开设有长方形凹槽，两个导轨（13）对称地固定于滑动挂箱（15）前后两侧；

导条（22）的宽度和深度分别与长方形凹槽的宽度和深度相同，滑动挂箱（15）前后两侧的导条（22）分别滑动嵌合于两侧导轨（13）中，滑动挂箱（15）可在过水箱（3）外侧沿导轨（13）上下滑动。

8.根据权利要求2所述的一种连续差重式流量可调型灌溉水量计量装置，其特征在于，限位块（14）为L形角铁，当滑动挂箱（15）顶部被限位块（14）阻挡时，滑动挂箱（15）的挂箱进水口（21）与过水箱（3）的出水口（19）处于正对位置。

9.根据权利要求1所述的一种连续差重式流量可调型灌溉水量计量装置，其特征在于，过水箱（3）内部中空的长方体。